Starlink 天线的技术比目前战斗机上的技术更先进。2020年 12 月 3 日，美国专利 & 商标局公布了 SpaceX Starlink 专利文件合集。精心制作的文件最初于 2020 年 6 月提交给专利代理机构。每份文件都展示了解释卫星网络如何与相控阵碟形天线一起工作的图形。
为了从太空中的卫星接收服务，用户安装了公司昵称为“Dishy McFlatface”的相控阵天线碟，并通过 Wi-Fi 路由器设备连接。SpaceX 发布了 Starlink Internet Kit，其中包含用户开始使用卫星覆盖所需的一切。它包括卫星地面系统、控制器和电缆。
二代和一代天线部分又小了很多,天线RF芯片二代16颗，一代20颗。
通过天线板、电源板、路由主板对二代StarLink路由器进行分析,制造成本明细评估：
序号 项目 成本研发成本无法评估。
一、天线板（Antenna board）
Starlink Internet Kit 的天线板包含互联网系统的主要通信技术，包括：
1、ST Microelectronics 的卫星无线电接收器（A satellite radio receiver from ST Microelectronics）
2、MPS 的电源管理、降压转换器和终端稳压器（Power management, step-down converters and termination regulators from MPS）
3、Texas Instruments 的 DC/DC 转换器、分流监视器和单个轨到轨运算放大器（Texas Instruments’ DC/DC converter, shunt monitor and single rail-to-rail operational amplifier）
4、ST Microelectronics 的时钟分配和六轴 MEMS 加速度计和陀螺仪（Clock distribution and six-axis MEMS accelerometer and gyroscope from ST Microelectronics）
5、安森美半导体 的 100V N 沟道功率 MOSFET（On Semiconductor’s 100V N-channel power MOSFET）
6、Analog Devices 的轨到轨放大器和 300mA 可调 LDO 稳压器（Analog Devices’ rail-to-rail amplifier and 300mA adjustable LDO regulator）
7、金士顿 DDR3 DRAM 和 4GB MLC NAND 闪存（DDR3 DRAM and 4GB MLC NAND flash memory from Kingston）
Starlink Internet Kit 内部组件的拆解。
主板制造信息
角部带天线元件的 GPS,全球定位系统（可能ST Micro STA8089）
https://www.st.com/resource/en/datasheet/sta8089gat.pdf片上系统 (SoC) 和 EMMC，位于黑色散热器下方
以太网连接器，看起来与 V2 相同
时钟，与 V2 相同
Beamfomers，与 V2 相同（GLLBSUABBBA，这似乎是 SpaceX 定制的）
射频芯片（放大器？）
VGA连接器
拆开密封片图
路由器部分
该装置由 MediaTek 的双核 Cortex-A7 处理器和 Micron Technology 的内存提供支持。以下是对2020 年 FCC 文件的补充“同时传输”测试报告部分揭示了 Starlink Wi-Fi 路由器的技术规格。（图片来源：FCC）
二、电源板
SpaceX Satellite Internet Kit 的电源板具有电路保护电子元件等。
Starlink Internet Kit 电源板包括 Infineon 的功率 MOSFET、MPS 的多模式 PFC 和电流模式 LLC 控制器以及 Diodes Inc 的分流稳压器。
The Starlink Internet Kit power board includes power MOSFETs from Infineon, multi-mode PFC and current mode LLC controller from MPS and a shunt regulator from Diodes Inc.
天线板包含大量电子元件，用于运行带有 MEMS 传感器、闪存等的卫星互联网宽带技术。
The antenna board contains a large sway of electronic components for operation of satellite internet broadband technologies with MEMS sensors, flash memory and much more.
三、路由主板
Starlink Internet Kit 的主板包含运行互联网系统所需的电子元件,主要包括：
1、联发科的网络处理器（MediaTek’s network processor）联发科 1.25 GHz 双核 Cortex-A7
2、安森美半导体的双运算放大器（On Semiconductor’s dual operational amplifier）
3、Micron 的 DDRL SDRAM 内存（Micron’s DDRL SDRAM memory）
4、ST Microelectronics 的 DC/DC 转换器（ST Microelectronics’ DC/DC converter）
5、Silego 的可编程混合信号阵列（Silego’s programmable mixed-signal array）
6、华邦的SLC NAND闪存（Winbond’s SLC NAND flash memory）
7、Micro Commercial Components’ P-channel MOSFET
下面八份专利文件非常详细地讨论了 Starlink 碟形天线设备的技术和硬件特点：
1、激光穿孔金属蜂窝材料 ”描述了穿孔金属蜂窝结构。穿孔金属蜂窝结构可包括具有多个激光钻孔的金属蜂窝结构，其中多个孔中的至少一些孔在第二、第二、孔之间的形状和/或间距。在另一个实施例中，穿孔金属蜂窝结构可包括蜂窝结构中六角形单元之间的单元间孔阵列。单元间孔阵列可包括至少第一孔和第二孔，其中第一和第二个孔彼此不同，”SpaceX 在 2020 年 3 月 19 日发布的第一个 Starlink 专利中写道。
2、具有天线间隔物的天线装置。“在本公开的一个实施例中，天线组件包括贴片天线阵列，该天线阵列包括上贴片天线层、下贴片天线层和它们之间的间隔物，其中间隔物包括由定义的多个孔径单元壁，其中每个孔径与贴片天线阵列的上部贴片天线元件和下部专利天线元件对齐，”SpaceX 在新发布的名为“具有天线间隔的天线装置”的专利文件的介绍中写道，该文件已提交2020 年 6 月，并由该机构今天与以下文件一起发布。
3、具有粘合剂耦合的天线装置。 “在本公开的一个实施例中，天线组件包括限定天线组件的多个层，该天线组件包括多个PCB层和多个非PCB层，天线组件具有顶表面和底面，以及 PCB 层和非 PCB 层之间的粘合剂耦合，”SpaceX 在另一份文件中写道。
4、具有底盘部分的天线装置 。“在本公开的一个实施例中，具有限定天线孔径的多个天线元件的天线系统的外壳包括底盘部分，该底盘部分具有用于多个天线元件的内部组件的内部支撑部分，包括用于将天线堆叠组件粘合到底盘部分的粘合部分，以及配置用于耦合到底盘部分以定义内部底盘腔室的天线罩部分。
5、具有紧固件系统的天线装置 。“在本公开的一个实施例中，用于天线装置的外壳组件包括天线罩部分、下部外壳部分和紧固件系统，该紧固件系统被配置为耦合天线罩部分和下部外壳部分，可耦合以形成天线组件的天线组件的内部隔间。”
6、具有天线罩间距的天线装置 。 “在本公开的一个实施例中，具有限定天线孔径的多个天线元件的天线系统的外壳包括底盘部分，以及被配置为耦合到底盘部分以限定内部的天线罩部分。底盘室，天线罩部分具有平坦的顶面，其中天线罩部分被配置为在平坦的顶面与定义天线孔径的多个天线元件中的每一个的顶面之间具有相等的间距。
7、具有散热特征的天线装置。 “在本公开的一个实施例中，天线装置包括外壳组件，外壳组件包括天线罩部分和下外壳部分，其中天线罩部分和下外壳部分可耦合以形成用于容纳天线的内隔室天线组件的组件、布置在内隔室内的天线堆叠组件，其中天线堆叠组件在运行时产生热量，以及内隔室内的传热系统，其配置为促进热量流向天线罩部分。
8、用于与卫星系统通信的倾斜地基天线系统和倾斜方法。 “在本公开的一个实施例中，卫星通信系统包括卫星星座，该卫星星座包括非地球同步轨道（非 GEO）中的多个卫星，其中多个卫星中的至少一些在第一轨道路径中以第一倾角，以及具有基于地球的地理位置的端点终端，该端点终端具有定义与卫星星座通信的关注领域的天线系统，其中该关注领域是有限的关注领域，其中视野从非倾斜位置倾斜到倾斜位置，其中倾斜位置的倾斜角度是地理位置纬度的函数，”该文件的介绍中写道。
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以下为参考文档，便于后面研究相控阵天线
1、https://electronics360.globalspec.com/article/19027/techinsights-teardown-spacex-starlink-internet-kit
2、TechInsights Teardown: SpaceX Starlink Internet Kit
3、https://danmurray.net/2022/03/19/dishy-v3-teardown/
4、GPS https://www.st.com/resource/en/datasheet/sta8089gat.pdf
5、Starlink（星链）天线专利
天线（例如偶极子天线）通常以具有优选方向的图案产生辐射。例如，所产生的辐射方向图在某些方向上更强而在其它方向上较弱同样，当接收到电磁信号时，天线具有相同的优选方向。信号质量（例如，信噪比或信噪比），无论是在发射还是接收场景中，都可以通过将天线的优选方向与目标或信号源的方向对准来改善。然而，相对于目标或信号源对天线进行物理重新定向通常是不切实际的。此外，可能不知道源/目标的确切位置。为了克服上述天线的一些缺点，可以由一组天线单元组成相控阵天线来模拟大型定向天线。相控阵天线的优点是其能够在优选方向上发射和/或接收信号（例如，天线的波束形成能力），而无需物理重新定位或重新定向。 作为一组波前到达天线元件的输入射频（RF）信号可以由各个天线元件在彼此不同的时间检测。因此，来自RF源的相同信号可以包括从一个天线元件到另一个天线元件的相位偏移。相位偏移可以通过耦合到天线元件的移相器相对于同一基准进行调整，从而可以消除各个天线元件之间的相位偏移，并且可以构造性地和相干地组合在不同天线单元处接收到的信号。相位校正的RF信号可以被附加处理以导致接收信号具有高SNR。 天线元件和移相器（例如，移相器芯片）之间的信号可以通过在印刷电路板（pcb）上形成的轨迹进行路由。包括在相控阵天线系统中的移相器芯片的数量可以很大，特别是对于能够接收和/或发射多个波束的系统。定位相移器芯片（例如，表面安装在pcb上）和/或与pcb上的移相器芯片相关联的轨迹可能增加pcb的复杂性，例如包含大量路由层。根据记录道的布线方案，可能会产生相对较长的记录道长度，这反过来又会增加信号衰减、功耗和/或复杂性。 这些路由之间的电磁（EM）耦合也很难控制。此外，对于高频信号（例如，千兆赫兹（GHz）范围信号），寄生电容降低了截止频率，并限制了射频系统的带宽。因此，传统的相控阵天线在相对较窄的频带内工作，同时消耗相对较高的功率。 配置具有增加带宽的相控阵天线将是有利的，同时保持主瓣功率与副瓣功率的高比率。同样地，降低天线的重量，或者降低天线的制造成本。因此，本发明的实施例针对相位阵列天线或其部分的这些和其他改进。 提供此摘要是为了以简化形式介绍一系列概念，这些概念将在下面的详细描述中进一步描述。本摘要并不旨在识别所要求保护的标的的的关键特征，也不打算用于帮助确定所要求保护的标的的的范围。 大多数相控阵天线需要大量的移相器元件来控制由单个天线单元接收或发射的信号的相位，以控制波束形成的角度。在本发明的一些实施例中，可以在集成电路（IC）芯片（例如，半导体芯片）上构建多个移相器阵列。因此，可以降低相控阵天线系统的成本、尺寸、面积、复杂度和功率要求。例如，本发明可以实现为用于多波束接收元件（例如，M×N阵列）的二维（2-D）天线阵列。在一些实施例中，天线阵列可以是一维（1-D）（例如，M＝1或N＝1）。由于多个移相器可以构建在一个芯片上，因此芯片封装的成本、尺寸和重量也可以降低。此外，与传统技术中基于印刷电路板（PCB）的信号路由相比，包括在移相器之间分配RF信号的信号路由（例如，跟踪路由）可以至少部分地在芯片上实现。在一些实施例中，可以将每个包括多个移相器的多个芯片组合成一个相控阵天线系统。 在一些集成电路芯片设计中，寄生电容可能会限制传输信号的频率，因为截止频率太低，特别是对于千兆赫兹（GHz）范围的信号。在本发明的一些实施例中，寄生电容可由内置在IC芯片上的分立电感器或由IC的导电迹线的电感吸收。在一些实施例中，IC芯片的输入和/或输出可由最佳可调谐电阻器和/或巴伦变压器终止，以实现更好的阻抗匹配（从而传输最佳功率）并减少来自较低反射RF波的噪声。在一些实施例中，一种设备包括二维（2-D）移相器阵列，所述移相器包括第一复数个移相器和第二多个移相器，其中所述第一多个移相器布置在所述二维移相器阵列的第一方向上，其中，所述第一多个移相器电耦合到第一射频（RF）输入。所述第二复数个移相器布置在所述2-D移相器阵列的第二方向上，并且其中所述第二复数个移相器电耦合到第一射频（RF）输出。第一和第二方向相互交叉。 在一些实施例中，用于相控阵波束形成的方法包括接收第一射频（RF）输入信号；通过第一多个移相器将第一RF输入信号相移到第一多个相移RF信号；以及接收第二RF输入信号。该方法还包括通过第二多个移相器将第二RF输入信号相移为第二多个相移RF信号；将来自第一多个相移RF信号的第一相移RF信号与来自第二多个相移RF信号的第一相移RF信号相结合将来自第一多个相移RF信号的第二相移RF信号与来自第二多个相移RF信号的第二相移RF信号组合成第二RF输出信号。所述第一和第二复数相移器布置在半导体芯片上的二维（2-D）阵列中，并且其中所述半导体芯片包括电耦合到所述移相器的二维阵列的电感器的二维阵列。 在一些实施例中，一种装置包括一个二维（2-D）的电气元件阵列，包括第一多个电元件和第二多个电元件。所述第一复数个电元件布置在所述二维电元件阵列的第一方向上，并且所述第一复数个电元件电耦合至第一射频（RF）输入。所述第二复数个电元件布置在所述二维电元件阵列的第二方向上，并且所述第二复数个电元件电耦合至第一射频（RF）输出。第一个方向和第二个方向相交。 对于Starlink系统，有三大核心挑战： 1. 在卫星和地面终端上使用有源相控阵天线，并保证足够的价格竞争力，这是关键中的关键。 2. 困难留给自己，简单留给客户。从购买开箱到提供服务，整个过程实现“plug and play”的极致用户体验，极大地提升LEO卫星星座通信服务的使用体验。 3. 全自动化管理这个全球最大的卫星星座系统，包括自主轨道管理、碰撞避让、软件与状态更新等。对于卫星来说，一个完整周期，时间100%
终端划分
UT1#
UT2#
UT3#
UT4#
时隙划分
UP
DOWN
UP
DOWN
UP
DOWN
UP
DOWN
时隙占比
5%
20%
5%
20%
5%
20%
5%
20%
尽管为了描述的目的，本文中已经示出和描述了某些实施例，但是在不脱离本公开的范围的情况下，可以用为实现相同目的而计算的各种替代和/或等效实施例或实现来代替所示出和描述的实施例。本申请旨在涵盖本文讨论的实施例的任何调整或变化。因此，显而易见，这里描述的实施例仅受权利要求的限制。
将是Starlink内测/公测的重要方面，本文以Starlink星地链路为分析研究对象，重点关注如下两点：
（1）Starlink星地用户链路的性能分析，在结合星载4副相控阵天线、用户终端天线、频率/带宽/传输损耗等因素下，分析了终端的传输速率。
（2）Starlink星地用户链路的动态特性及切换性能，以当前在轨538颗卫星和预期第一阶段1584星为场景，分析终端与卫星间用户链路的指向变化、不同切换机制下的性能。
Starlink系统作为卫星互联网，网络主要节点包括卫星、关口站和终端，至于这张卫星互联网如何为终端提供服务、能提供什么质量的服务（容量、时延等），我们已在前述文章对此进行了讨论。区别于前述对整网容量、时延、覆盖等性能评估，本节重点讨论Starlink单星、终端侧的天线，并介绍Starlink公布的相控阵方案。
2.1 卫星侧天线
Starlink当前已发射9个批次共计538颗卫星（不含2018年2月发射的两颗试验星），除却第1次发射的V0.9 Demo版本，第2~9次发射的均为V1.0正式版本。根据资料，Demo版本Starlink卫星仅配备了星载Ku相控阵天线，而正式版本中在Ku基础上增加了Ka天线。
关于Starlink星载天线的资料，当前所能知道的并不多，而能确定的有如下三点：1-采用了星上相控阵天线，且为4副平板相控阵；2-相控阵天线支持对地Ku、Ka频率；3-在其申请的一份专利US20180241122透露的一些相控阵天线工作机理（部分文献中提出该专利是终端侧相控阵天线方案，至于星上能否用这套方案，我们会继续跟进也欢迎学者不吝赐教）。至于该4副相控阵天线具体平板尺寸大小、阵元个数及排列方式、可形成Ku/Ka波束个数及形状等内容，我们不得而知。尽管如此，我们通过对Starlink卫星硬件构造及4副相控阵平板进行了推敲，将一些基本事实和猜想也跟大家分享。
Starlink单星及相控阵平板相关尺寸如图1所示，图1左图即为Starlink单星平台图，可看出其主要包含4副相控阵平板天线、氪离子推进器、卫星跟踪装置、自动避撞系统及单翼太阳能帆板。
图1 Starlink单星及相控阵平板示意图
受限于猎鹰9 Block 5火箭整流罩的尺寸（高13.1米，直径5.2米），再结合一箭60星的Starlink堆叠方式，估算Starlink单星尺寸厚度在0.3~0.4米左右，长宽尺寸方面一种可行的方案为4米*1.7米，具体长宽数值可能有所取舍，可如图1右侧两图所示。
结合Starlink卫星长宽大概范围，我们估算4副相控阵平板天线尺寸大概为0.7米左右，后续如有更新材料我们再进一步核实。至于此4副天线是否相同，现在看来应该可以进一步分为3类，其中平板1和平板2相同。至于，哪些是Ku、Ka，哪些是用户侧、馈电侧，是否区分点波束、宽波束等疑问，现在尚不能给出定论。
2.2 终端侧天线
作为面向全球服务的商用卫星互联网系统，终端侧性能、成本对于该服务能否“飞入寻常百姓家”至关重要。自2019.05.24第一批Starlink发射以来，关于用户终端的消息就陆续进入公众视野；近来，随着Starlink逐步开启系统测试，我们也得以了解了更多关于用户终端及天线的信息。
关于此反映出的若干信息有如下几点：
（1）天线具有一个电机，具有自动的机械调整能力。需知，此电机调整仅有一个方向的机械调整能力，基本上可以确定的是此电机调整仅用于调整俯仰角，终端可根据自身所处的经纬度地理位置自动调整俯仰角（如终端具备GPS定位及预置星历信息下即可自行调整）。
（2）终端采用圆形平板天线，直径0.48米左右，且采用相控阵实现收发信号的自动跟踪，可参考公布专利US20180241122内容。
（3）卫星信号进一步可转化为Wifi信号，且支持2.4/5GHz双频段常用的802.11制式。不过，当前仅能做到Wifi5（802.11 ac），尚不支持Wifi6（802.11 ax）。终端在Wifi接入侧相关信息如图3所示：
图3 Starlink用户终端的Wifi接入功能参数相关信息
如图3所示，5GHz频段可支持802.11 ac，最大传输速率866.7Mbps，此速率在80MHz信道带宽和2x2传输模式下实现。至于尚不支持Wifi6，可以猜测是因为没必要去支持Wifi6，因为Starlink为每终端提供的星地用户侧速率有限，在采用常规802.11 ac时即可满足星地侧传输速率需求。后文将对Starlink星地用户链路传输速率进行分析，进一步验证此结论。
上述特点使得Starlink终端具备即插即用特性，极大降低了消费者尝试卫星互联网的使用门槛。在资费方面，先前公布的资料显示终端整体售价在200美元，月租80美元，与美国传统电信运营商如Verizon、T-Mobile、AT&T等月资费几十美元接近。
2.3 相控阵天线工作机制
相控阵天线区别于传统透镜或反射镜等固定天线，可通过数字域或模拟域的调幅调相，实现更为灵活和精准的天线辐射模式。根据用途的不同，可分为：空间分集以对抗衰落，波束成形以匹配业务需求，空间复用以提升传输效率等。
在Starlink卫星相控阵平板天线中，主要采用波束成形技术，实现面向单星覆盖范围下给指定区域业务提供高增益波束。终端侧圆形平板相控阵天线，通过波束成形技术产生自动跟踪接入卫星的能力，且在多波束情况下可支持同时与多颗卫星连接，为终端在不同星间切换时的无缝通信做保障。
结合SpaceX公布相控阵天线工作机理，其使用模式可由如下图4所示：
图4 Starlink星载相控阵天线公布专利中实现机制
对收发端而言可采用同一套硬件平板结构，而在数字波束域进行不同信号处理。对于发送而言，可生成最多N个波束，即图中250-1到250-N所示，此N路信号经过相位控制因子、低噪放/功放、M个天线阵子完成收发。后续，将结合阵元排列、波束个数等做进一步分析。
三、Starlink星地链路协议探讨
3.1 星地链路传输速率分析
针对Starlink系统用户链路进行分析，结合卫星在轨高度、端星仰角、收发天线增益、接收模式等内容，对终端传输速率进行分析，给出一种终端可达速率为822.5Mbps的典型示例。
Starlink系统用户侧传输频率主要采用Ku频段，卫星到终端的下行链路10.7-12.7GHz，总可用带宽2GHz，单载波带宽250MHz；终端到卫星的上行链路14.0-14.5GHz，总可用带宽500MHz，单载波带宽125MHz。系统下行带宽2GHz可同时支持最少8个波束，在采用不同极化方式、空间复用（充分发挥4副星载相控阵天线优势）等情况下，则又可进一步提升可用波束的个数。上下行总体分析方法一致，不失一般性，后文以用户链路下行为研究分析对象。
对于单终端而言，其最大传输速率在单波束信号完全为其服务时达到，端星仰角为25度时的传输速率为822.5Mbps（也就可以回答为什么仅采用802.11 ac而未做Wifi6的问题了），具体传输速率与仰角、链路质量等有关。如下给出在纽约当地，链路可用度99%情况下传输速率分析，如表1所示：
表1 Starlink用户链路下行链路预算与传输速率分析
参数
值
载频（注1）
11.7 GHz
带宽
250 MHz
EIRP（注2）
36.7 dBW
星地距离（25度仰角）
1123.4 km
自由空间损耗
174.8 dB
99%系统可用度雨衰（纽约当地）
2.4 dB
其他损耗（注3）
1 dB
终端天线直径
0.48 m
终端天线增益（注4）
32.8 dBi
系统噪声温度
300 K
接收端载噪比C/N
11.2 dB
接收模型（注2）
DVB-S2X
滚降因子
0.1
频谱效率
3.29 bps/Hz
传输速率
822.5 Mbps
注1：载频取Starlink系统用户链路下行的中心频率；
注2：参考Telesat、OneWeb及SpaceX三个全球宽带低轨卫星星座系统的技术对比；
注3：其他损耗主要考虑大气衰减、插入损耗等；
注4：天线效率取0.55
3.2 星地链路动态性分析
Starlink作为低轨LEO星座网络，与高轨GEO卫星的对地静止不同，LEO卫星的在轨高速运动导致了星地链路动态变化、频繁切换问题。如前所述，Starlink用户终端采用具备机械调整能力的天线，前文中我们也指出此电机调整仅用于俯仰面，而终端对卫星的星地链路跟踪采用相控阵方案。本节目的在于分析星地链路动态性，以探究终端所需的跟踪调整能力，并对切换等移动性管理进行探讨。
为实现端星用户链路间高速传输速率需求，终端需对接入卫星实时跟踪，这使得星地链路的空间指向实时变化。对地面的用户终端而言，通常采用方位角、俯仰角来表示对卫星的空间指向，方位角定义为自正北顺时针旋转的角度，俯仰角定义为自水平面向上旋转的角度。星地用户链路方位角、俯仰角变化快慢如图5所示：
图5 Starlink星座纽约当地终端的用户链路动态变化率（左图方位角、右图俯仰角）
由图5可知，终端对Starlink卫星的跟踪随时间变化，且方位角变化率要远大于俯仰角，这主要是由于Starlink星座采用了53度倾斜轨道而导致。对终端而言，卫星更多表现为自西向东（或自东向西）的运动，相比而言俯仰角要小得多。方位角变化率最大为6.8 deg/s，也就是需要终端天线波束指向的动态跟踪能力支持6.8 deg/s。
在讨论完终端对星的跟踪后，一个重要的问题来了，什么问题呢？就是终端需要在不同星间切换的问题。
3.3 星地链路动态切换性能分析
由于终端头顶的Starlink卫星可能不止1颗，且所有头顶的卫星均在高速运动，这就使得星地频繁切换。至于端星如何切换，不同策略下对系统性能和复杂度均有不同侧重。如：终端始终与头顶处最大仰角的卫星连接，优点是信号质量好传输速率高，缺点是过于频繁地星间切换；终端始终保持一个卫星连接直到不可用时再切换，优点是最小化切换频率，缺点则是信号质量较差可能影响传输速率。
在终端采用最佳仰角接入策略下，终端与Starlink卫星的切换较频繁。结合当前在轨538颗Starlink卫星分布（数据参考时间：2020.07.18-2000），位于纽约处的终端对Starlink卫星接入与切换如下图6所示：
图6 Starlink星座当前在轨卫星对纽约当地终端的服务情况（终端最佳仰角接入）
由图6可看出，当前Starlink卫星对纽约当地终端的接入服务仅能做到97.64%，尚未实现100%覆盖；单星对终端的平均服务时长为113 s，也意味着平均不到2 min就要切换至一颗新的卫星。中间的两张图分别为方位角俯仰角的变化，可看出在切换过程中会发生较大的空间指向变化。最底的图为终端对接入星的空间指向变化情况，在同一卫星服务期间空间指向变化很小，而在切换的时刻将发生非常大的空间指向变化，如空间上指向需支持近130 deg的调整。
作为对比，进一步分析最大接入时长策略下的切换性能。如图7所示：
图7 Starlink星座当前在轨卫星对纽约当地终端的服务情况（终端最大接入时长）
由图7可看出，在采用最大接入时长情况下，单星对终端的平均服务时长为169 s，也意味着平均3 min左右要切换至一颗新的卫星。与最佳仰角接入/切换策略相比，可大幅降低切换的频繁程度，切换次数可降低33%。然而，终端与卫星的仰角要小于最佳仰角策略时的值。
进一步，以第一阶段1584颗Starlink卫星为分析场景。在最大仰角接入策略下，由于空间段卫星数量的增大，可能不足1s就要发生切换；平均也是不足1 min（具体为58 s）就要发生切换。尽管此策略可提供最佳的传输质量，然而切换过于频繁，并非是较优的策略。况且SpaceX最终的目标是部署近42000颗卫星，如果仅采用最佳仰角接入策略，可能几十个毫秒就要发生端星切换，这是很难接受的。该1584卫星场景及最佳仰角策略下的仿真结果如图8所示：
图8 Starlink星座第一阶段1584卫星对纽约当地终端的服务情况（终端最佳仰角接入）
仍以第一阶段1584颗Starlink卫星为分析场景，在终端最大接入时长策略下，则可显著降低切换频繁程度。由原先平均不到1 min的切换频度，增加到平均3min才发生一次切换。具体如图9所示：
图9 Starlink星座第一阶段1584卫星对纽约当地终端的服务情况（终端最大接入时长）
以Starlink星地链路为分析研究对象，通过本文研究主要可得出如下四点结论：
（1）分析Starlink卫星、用户终端硬件结构及天线，星载相控阵平板天线在0.7*0.7米左右，终端相控阵圆形平板天线直径0.48米左右，终端电机调整能力仅用于单维（俯仰面）的调整。
（2）结合Starlink星地用户链路频率、带宽、传输损耗、物理层DVB-S2X协议等因素，分析了单终端的传输速率；以纽约当地终端为例，在系统可用度99%情况下，终端速率为822.5 Mbps，猜测该因素也是用户终端Wifi侧采用866.7 Mbps传输速率的主要原因。
（3）Starlink星地用户链路的动态特性及切换机制，当前在轨538颗卫星在最佳仰角和最大接入时长情况下，平均每2min、3min便需发生切换；而第一阶段1584卫星场景下，最佳仰角接入策略则变为不到1min便需切换，最大接入时长仍为3min左右。
（4）Starlink星地用户链路的频繁切换，需终端对卫星具备快速跟踪调整能力。一个较理想的方式为终端具备不少于2个波束，可同时跟踪对准不同卫星，从而实现频繁切换下的无缝通信服务。
